Как найти среднюю плотность тока - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 июля 2021 года; проверки требуют 5 правок.

Плотность тока

Размерность	L⁻²I
Единицы измерения
СИ	А/м²
Примечания
векторная величина

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, характеризующая плотность потока электрического заряда в рассматриваемой точке. В СИ измеряется в Кл/м²/c или, что то же самое, А/м².

Если все носители заряда имеют одинаковый заряд , плотность тока вычисляется по формуле

где (м^-3) — концентрация носителей, а vec{v} — средняя скорость их движения. В более сложных случаях производится суммирование по носителям разных сортов.

Плотность тока имеет технический смысл силы электрического тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади^[1]. При равномерном распределении плотности тока и сонаправленности её с нормалью к поверхности, через которую протекает ток, для величины вектора плотности тока выполняется:

${displaystyle j=|{vec {j}}|={frac {I}{S}}}$

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S. Иногда говорится о скалярной^[2] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается величина в формуле выше.

Варианты вычисления плотности тока[править | править код]

В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости {vec v} и имеют одинаковые заряды (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их ,

${displaystyle {vec {j}}=n,q,{vec {v}}=rho _{q}{vec {v}},}$

где ${displaystyle rho _{q}}$ — плотность заряда этих носителей. Направление вектора vec j соответствует направлению вектора скорости {vec v} , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положительно. В реальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под следует понимать среднюю скорость.

В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)

${displaystyle {vec {j}}=sum _{s}n_{s}q_{s}{vec {v}}_{s}}$

то есть вектор плотности тока есть сумма плотностей тока по всем разновидностям (сортам) подвижных носителей; где n_s — концентрация частиц, ${displaystyle q_{s}}$ — заряд частицы, ${displaystyle {vec {v}}_{s}}$ — вектор средней скорости частиц -го сорта.

Выражение для общего случая может быть записано также через сумму по всем индивидуальным частицам из некоторого малого объёма , содержащего рассматриваемую точку:

${displaystyle {vec {j}}={frac {1}{V}}sum _{i}q_{i}{vec {v}}_{i}}$

Сама формула почти совпадает с формулой, приведенной чуть выше, но теперь индекс суммирования i означает не номер типа частицы, а номер каждой индивидуальной частицы, не важно, имеют они одинаковые заряды или разные, при этом концентрации оказываются уже не нужны.

Плотность тока и сила тока[править | править код]

Связь между током и плотностью тока

В общем случае сила тока (полный ток) может быть рассчитана исходя из плотности тока по формуле

${displaystyle I=left|int limits _{S}({vec {j}}cdot d{vec {S}})right|=left|int limits _{S}j_{n},dSright|}$

где j_n — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу поверхности площадью ; вектор — специально вводимый вектор элемента поверхности, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную её площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение. Обратное нахождение плотности тока по известной силе тока невозможно; в предположении равноплотного токопротекания перпендикулярно площадке будет .

Сила тока представляет собой поток вектора плотности тока через заданную фиксированную поверхность. Часто в качестве такой поверхности рассматривается поперечное сечение проводника.

Величиной плотности тока обычно оперируют при решении физических задач, в которых анализируется движение заряженных носителей (электронов, ионов, дырок и других). Напротив, использование силы тока удобнее в задачах электротехники, особенно когда рассматриваются электрические цепи с сосредоточенными элементами.

Плотность тока и законы электродинамики[править | править код]

Величина плотности тока фигурирует в ряде важнейших формул классической электродинамики, некоторые из них представлены ниже.

Уравнения Максвелла[править | править код]

Плотность тока в явном виде входит в одно из четырёх уравнений Максвелла, а именно в уравнение для ротора напряжённости магнитного поля

${displaystyle nabla times {vec {H}}={vec {j}}+{frac {partial {vec {D}}}{partial t}}}$

физическое содержание которого в том, что вихревое магнитное поле порождается электрическим током, а также изменением электрической индукции ; значок partial обозначает частную производную (по времени ). Это уравнение приведено здесь в системе СИ.

Уравнение непрерывности[править | править код]

Уравнение непрерывности выводится из уравнений Максвелла и утверждает, что дивергенция плотности тока равна изменению плотности заряда со знаком минус, то есть

${displaystyle nabla cdot {vec {j}}+{partial rho _{q} over partial t}=0}$

Закон Ома в дифференциальной форме[править | править код]

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома (в дифференциальной форме):

где sigma — удельная проводимость среды, vec E — напряжённость электрического поля. Или:

${displaystyle {vec {j}}={frac {1}{rho }},{vec {E}}}$

где rho — удельное сопротивление.

В линейной анизотропной среде имеет место такое же соотношение, однако удельная электропроводность sigma в этом случае, вообще говоря, должна рассматриваться как тензор, а умножение на неё — как умножение вектора на матрицу.

Плотность тока и мощность[править | править код]

Работа, совершаемая электрическим полем над носителями тока, характеризуется^[3] плотностью мощности [энергия/(время•объем)]:

{displaystyle w={vec {E}}cdot {vec {j}}}

где точкой обозначено скалярное произведение.

Чаще всего эта мощность рассеивается в среду в виде тепла, но вообще говоря она связана с полной работой электрического поля и часть её может переходить в другие виды энергии, например такие, как энергия того или иного вида излучения, механическая работа (особенно — в электродвигателях) и т. д.

С использованием закона Ома формула для изотропной среды переписывается как

${displaystyle w=sigma E^{2}={frac {j^{2}}{sigma }}equiv rho j^{2}}$

где sigma и rho — скаляры. Для анизотропного случая будет

{displaystyle w={vec {E}}sigma {vec {E}}={vec {j}}rho {vec {j}}}

где подразумевается матричное умножение (справа налево) вектора-столбца на матрицу и на вектор-строку, а тензор sigma и тензор rho порождают соответствующие квадратичные формы.

4-вектор плотности тока[править | править код]

Основная статья: 4-ток

В теории относительности вводится четырёхвектор плотности тока (4-ток), составленный из объёмной плотности заряда ${displaystyle rho _{q}}$ и 3-вектора плотности тока vec{j}:

${displaystyle J^{mu }=(crho _{q},{vec {j}}),}$

где — скорость света.

4-ток является прямым и естественным обобщением понятия плотности тока на четырёхмерный пространственно-временной формализм и позволяет, в частности, записывать уравнения электродинамики в ковариантном виде.

Примечания[править | править код]

↑ Тур А. В., Яновский В. В. Плотность электрического тока // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 639. — 672 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-019-3.
↑ Чаще в таких случаях она даже не называется явно скаляром, но просто не упоминается её векторный характер.
↑ Это прямо следует из формул, приведенных выше вкупе с определением работы или с формулой мощности .

Источник

В этой статье мы познакомим вас с плотностью электрического тока. Мы объясним, почему это величина важна в электротехнике, покажем ее формулу, а также проведем несколько примеров расчетов.

Простое объяснение

Плотность тока J — векторная физическая величина, характеризующая плотность потока электрического заряда в рассматриваемой точке.

Википедия

Высокая плотность электрического тока вызывает нагрев кабеля. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы не превысить допустимую допустимую силу тока в линии или проводнике. Кроме того, эффективное сечение проводника может уменьшаться при воздействии высокочастотных сигналов (скин-эффект), что увеличивает плотность тока. Поэтому при выборе проводника необходимо учитывать не только фактический ток, но и частоту сигнала.

Формулы

Как уже упоминалось выше, плотность тока J описывает отношение электрического тока к площади, через которую он протекает, то есть: J = I / S . Здесь J — плотность тока, I — сила тока, S — площадь поперечного сечения.

Единица измерения — соответственно амперы на квадратный метр, то есть [ J ] = А / м² .

Однако часто плотность тока также указывают в амперах на квадратный миллиметр ( А / мм² ), поскольку сечения обычных проводников (проводов, кабелей) имеют такой порядок величины.

Пример расчёта

В общем случае для расчета плотности тока учитываются геометрические свойства кабеля. На их основе можно сначала рассчитать площадь поперечного сечения, а затем, при известной силе тока, плотность тока.

Медный провод

Ниже приводится расчет плотности тока для медного провода диаметром 1 мм, по которому течет ток 8 А. Предполагается, что линия имеет круглое поперечное сечение.

Сначала рассчитаем площадь поперечного сечения провода, зная, что его диаметр d = 1 мм:

S = r² * π = π * d² / 4 = π * 1² / 4 = 0, 785 мм² .

Тогда плотность тока J может быть рассчитана по приведенной выше формуле. Для тока I = 8А и площади поперечного сечения S = 0,785 мм² получаем: J = 8 / 0,785 = 10, 2 А / мм² .

Токопроводящие дорожки

В отличие от кабеля, сечение токопроводящей дорожки не круглое, а прямоугольное. Здесь мы рассматриваем медную проводниковую дорожку шириной 0,5 мм и толщиной 0,035 мм.

Рис. 1. Расчёт плотности тока в токопроводящей дорожке

Вы можете рассчитать площадь прямоугольного поперечного сечения токопроводящей дорожки, умножив ширину токопроводящей дорожки на толщину меди: S = 0,5 * 0,035 = 0,0175 мм² .

Для тока I, равного 200 мА, плотность тока J составляет: J = I / S = 0,2 / 0,0175 = 11,43 А / мм² .

Применение

Плотность тока особенно важна в тех случаях, когда необходимо оптимизировать сечение проводника по соображениям стоимости, площади и веса. Как правило, сечение проводника выбирается как можно меньше, чтобы соответствовать условиям применения.

Здесь важно, чтобы фактическая плотность тока в проводнике не превышала максимально допустимую плотность тока. Причина этого в том, что каждый электрический проводник имеет электрическое сопротивление. При протекании электрического тока на этом сопротивлении возникает падение электрического напряжения. В результате происходит преобразование энергии и нагрев линии. Чрезмерный нагрев может повредить изоляцию проводника и вызвать серьезные повреждения.

Именно поэтому, например, допустимые плотности тока для бытовых установок регламентируются соответствующими стандартами. Кроме того, все кабели в домашних хозяйствах оснащены предохранителем, который срабатывает до достижения максимально допустимой плотности электрического тока.

В автомобильном секторе важную роль играет экономия веса и пространства. Поэтому здесь также тщательно подбираются кабели, чтобы найти компромисс между нагревом и весом/пространством.

Источник

Сила тока I для тока, протекающего через некоторую площадь сечения проводника S эквивалентна производной заряда q по времени t и количественно характеризует электрический ток.

Определение 1

Таким образом выходит, что сила тока — это поток заряженных частиц через некоторую поверхность S.

Определение 2

Электрический ток является процессом движения как отрицательных, так и положительных зарядов.

Перенос заряда одного знака в определенную сторону равен переносу заряда, обладающего противоположным знаком, в обратном направлении. В ситуации, когда ток образуется зарядами и положительного, и отрицательного знаков (dq+ и dq−), справедливым будет заключение о том, что сила тока равна следующему выражению:

I=dq+dt+dq-dt.

В качестве положительного определяют направление движения положительных зарядов. Ток может быть постоянным, когда ни сила тока, ни его направление не претерпевают изменений с течением времени, или, наоборот, переменным. При условии постоянства, формула силы тока может выражаться в следующем виде:

I=q∆t,

где сила тока определена в качестве заряда, который пересекает некоторую поверхность S в единицу времени. В системе СИ роль основной единицы измерения силы тока играет Ампер (А).

1A=1 Кл1 с.

Плотность тока. Связь плотности тока с зарядом и силой тока, напряженностью

Выделим в проводнике, в котором протекает ток, малый объем dV случайной формы. С помощью следующего обозначения υ определим среднюю скорость движения носителей зарядов в проводнике. Пускай n0 представляет собой концентрацию носителей заряда. На поверхности проводника выберем пренебрежительно малую площадку dS, которая расположена ортогонально скорости υ (рис. 1).

Рисунок 1

Проиллюстрируем на поверхности площадки dS очень короткий прямой цилиндр, имеющий высоту υdt. Весь массив частиц, которые располагались внутри такого цилиндра за время dt пересекут плоскость dS и перенесут через нее, в направлении скорости υ, заряд, выражающийся в виде следующего выражения:

dq=n0qeυdSdt,

где qe=1,6·10-19 Кл является зарядом электрона, другими словами отдельной частицы или же носителя тока. Разделим приведенную формулу на dSdt и получим:

j=dqdSdt,

где j представляет собой модуль плотности электрического тока.

j=n0qeυ,

где j является модулем плотности электрического тока в проводнике, в котором заряд переносится электронами. В случае, если ток появляется как результат движения нескольких типов зарядов, то формула плотности тока может быть определена в виде следующего выражения:

j=∑niqiυii,

где i представляет собой носитель заряда. Плотность тока — это векторная величина. Снова обратим внимание на рисунок 1. Пускай n→ представляет собой единичный перпендикуляр к плоскости dS. В случае, если частицы, переносящие заряд, являются положительными, то переносимый ими заряд в направлении нормали больше нуля. В общем случае переносимый в единицу времени элементарный заряд может быть записана в следующем виде:

dqdt=j→n→dS=jndS.

Формула приведенная выше справедлива также в том случае, когда плоскость площадки dS неортогональная по отношению к вектору плотности тока. По той причине, что составляющая вектора j→, направленная под прямым углом к нормали, через сечение dS электричества не переносит. Исходя из всего вышесказанного, плотность тока в проводнике окончательно запишем, применяя формулу j=n0qeυ в таком виде:

j→=-n0qeυ→.

Таким образом, плотность тока эквивалентна количеству электричества, другими словами заряду, который протекает за одну секунду через единицу сечения проводника. В отношении однородного цилиндрического проводника справедливым будет записать, что:

j=IS∆t,

где S играет роль площади сечения проводника. Плотность постоянного тока равна по всей площади сечения проводника. Для двух разных сечений проводника (S1,S2) с постоянным током справедливо следующее равенство:

j1j2=S2S1.

Основываясь на законе Ома для плотности токов можно записать такое выражение:

j→=λE→,

где λ обозначает коэффициент удельной электропроводности. Определив плотность тока, мы имеем возможность выразить силу тока в следующем виде:

I=∫SjndS,

где интегрирование происходит по всей поверхности S любого сечения проводника. Единица плотности тока Aм2.

Линии тока

Определение 3

Линии, вдоль которых движутся заряженные частицы, носят название линий тока.

Направления движения положительных зарядов также определяются в качестве направлений линий тока. Изобразив линии тока, можно получить наглядное представление о движении электронов и ионов, которые формируют собой ток. Если внутри проводника выделить трубку с током, у которой боковая поверхность состоит из линий тока, то движущиеся заряженные частицы не будут пересекать боковую поверхность данной трубки. Такую трубка представляет собой так называемую трубку тока. К примеру, поверхность металлической проволоки в изоляторе будет определяться как труба тока.

Пример 1

Сила тока в проводнике равномерно возрастает от 0 до 5 А на протяжении 20 с. Определите заряд, который прошел через поперечное сечение проводника за данный отрезок времени.

Решение

В качестве основы решения данной задачи возьмем формулу, которая характеризует собой силу тока, то есть:

I=dqdt.

Таким образом, заряд будет найден как:

q=∫t1t2Idt.

В условии задачи сказано, что сила тока изменяется равномерно, а это означает то, что мы можем записать закон изменения силы тока в следующем виде:

I=kt.

Найдем коэффициент пропорциональности в приведенном выражении, для чего необходимо запишем закон изменения силы тока еще раз для момента времени, при котором сила тока эквивалентна I2=3А (t2):

I2=kt2→k=I2t2.

Подставим выражение выше в I=kt и проинтегрируем в соответствии с q=∫t1t2Idt, получим формулу такого вида: q=∫t1t2ktdt=∫t1t2I2t2tdt=I2t2∫t1t2tdt=t22t1t2=I22t2t22-t12.

В качестве начального момента времени возьмем момент, когда сила тока эквивалентна нулю, другими словами t1=0, I1=0 A; t2=20, I2=5 А. Проведем следующие вычисления:

q=I22t2t22=I2t22=5·202=50 (Кл).

Ответ: q=50 Кл.

Пример 2

Определите среднюю скорость движения электронов в проводнике, молярная масса вещества которого эквивалентна μ, поперечное сечение проводника S. Сила тока в проводнике I. Примем, что на каждый атом вещества в проводнике приходится два свободных электрона.

Решение

Силу тока (I) в проводнике можно считать постоянной, что позволяет нам записать следующее выражение:

I=q∆t=Nqe∆t,

где заряд q определим как произведение числа электронов проводимости в проводнике, на заряд одного электрона qe, представляющего собой известную величину. ∆t играет роль промежутка времени, за который через поперечное сечение проводника проходит заряд q. Найти N можно, если применять известное в молекулярной физике соотношение:

N’NА=mμ=ρVμ,

где N′ играет роль количества атомов в проводнике, объем которого V, плотность ρ, а молярная масса μ. NA представляет собой число Авогадро. По условию задачи N=2N′. Найдем из N’NА=mμ=ρVμ число свободных электронов: N=2ρVμNA.

Подставим выражение, приведенное выше, в I=q∆t=Nqe∆t, в результате чего получим:

I=2ρVμNAqe∆t=2ρqeNASlμ∆t,

где объем проводника найден как V=Sl, где l – длина проводника. Выразим ее.

l=μ∆tI2ρqeNAS.

Среднюю скорость движения электронов или, другими словами, скорость тока в проводнике можно определить следующим образом: υ=l∆t=μI2ρqeNAS.

Ответ: υ=μI2ρqeNAS.

Источник

Версия для печати

Приложение Б. Определение средней плотности катодного тока

Б.1 Сущность метода заключается в определении средней плотности катодного тока, необходимого для смещения потенциала стали в грунте на 100мВ отрицательнее потенциала коррозии.

Б.2 Отбор проб – согласно А.2.1 приложения А.

Б.3 Средства контроля и вспомогательные устройства:

– источник постоянного тока любого типа;

– миллиамперметр с верхним пределом измерения 1мА или микроамперметр с пределом измерения 200 или 500мкА, класса точности не ниже 1,5;

– вольтметр любого типа с пределом измерений 1В и входным сопротивлением не менее 1МОм;

– сопротивление регулировочное;

– прерыватель тока;

Примечание. Специальные приборы, которые обеспечивают автоматическое смещение потенциала от потенциала коррозии и поддерживают его на заданном уровне в течение опыта, использовать допускается.

– ячейка прямоугольной формы размером 70×70×100мм из диэлектрического материала (стекло, фарфор, пластмасса и т.д.) вместимостью от 0,5 до 1дм³;

– электрод рабочий, представляющий собой прямоугольную пластину из стали марки Ст10 по ГОСТ 1050 толщиной от 1,5 до 2мм, размером 50×20мм и рабочей поверхностью 10см² (0,001м² );

– электрод вспомогательный из стали марки Ст10 по ГОСТ 1050 или другой углеродистой стали, по форме и размерам аналогичный рабочему электроду (одну поверхность рабочего, а также вспомогательного электродов и токоотводы от них изолируют мастикой);

– электрод сравнения – насыщенный медно-сульфатный (допускается применение хлорсеребряного, каломельного электрода сравнения);

– вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Б.4 Подготовка к измерениям

Отобранную пробу загружают в ячейку, сохраняя естественную влажность грунта. Если при хранении проб после их отбора возможно изменение естественной влажности грунта, определяют влажность отобранной пробы по ГОСТ 5180. Перед испытанием вновь определяют влажность пробы грунта и доводят ее до измеренного исходного значения влажности с помощью дистиллированной воды.

На дно ячейки насыпают на высоту 20мм грунт и уплотняют. Рабочий и вспомогательный электроды устанавливают вертикально неизолированными поверхностями друг к другу на расстоянии от 3 до 4см. Затем грунт укладывают в ячейку послойно (один-три слоя) с последовательным трамбованием слоев, добиваясь максимально возможного уплотнения. Расстояние от верхней кромки рабочего электрода до поверхности грунта – 50мм. Электрод сравнения устанавливают сверху ячейки в грунт, заглубляя его на 1,0-1,5см.

Одним и тем же грунтом заполняют три ячейки и параллельно выполняют три измерения силы катодного тока tк, в микроамперметрах, в каждой ячейке.

Собирают установку по схеме, приведенной на рисунке Б.1, с использованием прерывателя тока и вольтметра или с использованием специального прибора, включающего в себя прерыватель тока.

Рисунок Б.1. Схема установки для определения плотности катодного тока

1 – миллиамперметр; 2 – регулируемое сопротивление; 3 – источник постоянного тока; 4 – вольтметр; 5 – прерыватель тока с клеммами для подключения электродов: Т – вспомогательного, Э.С – сравнения, D – рабочего; 6 – ячейка; 7 – рабочий электрод; 8 – вспомогательный электрод; 9 – электрод сравнения

Б.5 Проведение измерений

Рабочий электрод выдерживают в грунте до включения поляризации от 15 до 20мин и измеряют его стационарный потенциал относительно электрода сравнения.

Катодную поляризацию осуществляют, подключая рабочий электрод к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а вспомогательный электрод – к положительному. Потенциал электрода смещают на 100мВ отрицательнее его стационарного потенциала, исключая омическую составляющую из измеряемого потенциала рабочего электрода E’1, мВ, путем разрыва цепи в момент измерения.

Измеряют силу тока Iк в микроамперах. Если сила тока Iк постоянна или уменьшается во времени, то длительность поляризации составляет 15 мин, в течение которых измеряют и записывают три-четыре значения Iк и соответствующее время измерения t. Если сила тока во времени растет, то измеряют и записывают Iк пять-шесть раз в течение 40мин или в более короткий промежуток времени. Сила тока более 200мкА (2×10^-4A), с учетом рабочей поверхности электрода 10см², характеризует высокую коррозионную агрессивность грунта.

Последнее значение силы тока в каждой ячейке берут для вычисления среднеарифметического значения силы катодного тока Iк.ср по результатам параллельных измерений в трех ячейках и последующего определения средней плотности катодного тока Iк.

Б.6 Обработка результатов измерений

Среднюю плотность катодного тока Iк, А/м², вычисляют по формуле

Iк = Iк.ср / 0,001 , (Б.1.)

где

Iк.ср – среднеарифметическое значение силы катодного тока по результатам измерений в трех параллельных ячейках, А;

0,001 – площадь поверхности рабочего электрода, м².

Б.7 Оформление результатов измерения

Б.7.1 Результаты измерения заносят в протокол по форме, приведенной в Б.7.2

Б.7.2 Форма протокола определения средней плотности катодного тока

Протокол определения средней плотности катодного тока

Наименование города ____________________________

Дата отбора проб “__” ____________ г.

Адрес пункта отбора проб	Номер пункта по схеме	Ячейка 1	Ячейка 2
t, мин	E’1, В	Iк, А	t, мин	E’1, B	Iк, А
1	2	3	4	5	6	7	8

Продолжение

Ячейка 3	Среднее значение силы тока Iк.ср, А	Средняя плотность катодного тока Iк, А/м²	Коррозионная агрессивность грунта	Тип измерительного прибора, заводской номер, дата поверки
t, мин	E’1, В	Iк, А
9	10	11	12	13	14	15

Измерения провел _____________________

“__” ____________ г.

Б.7.3 Результаты определения коррозионной агрессивности грунтов заносят в протокол по форме, приведенной в Б.7.4

Б.7.4 Форма протокола результатов определения коррозионной агрессивности грунтов по отношению к стали

Протокол результатов определения коррозионной агрессивности грунтов по отношению к стали

Адрес пункта измерений или отбора проб	Номер пункта по плану (схеме) трассы трубопровода	Удельное электрическое сопротивление грунта, определенное в полевых условиях Rг.п, Ом·м	Удельное электрическое сопротивление грунта, определенное в лабораторных условиях Rг.п, Ом·м	Средняя плотность катодного тока Iк, А/м²	Оценка коррозионной агрессивности грунта

Приложения:

1. План (схема) трассы трубопровода.

2. Протоколы измерений (формы, приведенные в Б.7.2, Б.7.4).

< назад / к содержанию / вперед >

Источник

Расчет плотности тока калькулятор
- Виды электротока, условия протекания
- Плотность тока и мощность
- Закон Ома
- Единица измерения плотности электротока
- Формула вычисления
- 4-вектор плотности тока
- Видео
Плотность тока — это… Что такое Плотность тока?
- Плотность тока и мощность
- Закон Ома
- 4-вектор плотности тока
- Примечания
Что такое плотность тока допустимая плотность тока для меди. Естественные науки
Плотность электрического тока — это… Что такое Плотность электрического тока?
- 4-вектор плотности тока
- См. также
  - Смотреть что такое «Плотность электрического тока» в других словарях:
Электрический ток и его плотность
- - Плотность электрического тока
Электричество и магнетизм
Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы
- Плотность тока проводимости
- Плотность тока смещения
- Плотность тока насыщения
Плотность тока, определение — Большая химическая энциклопедия
Current densities — определение плотности тока по The Free Dictionary
Плотность тока — определение — английский
- - Примеры предложений с «плотностью тока», память переводов
Экономическая плотность тока
Почему нагреваются проводники
Как рассчитать сечение по току?
- Допустимая и рабочая плотность тока
- Изучение схемы расчета
Плюсы и минусы от нагрева электрическим током
Основные понятия
- Сечение провода
- Плотность тока
Открытая и закрытая прокладка проводов
Условия теплоотдачи

Проходя по длине проводникового элемента, электроток распределяется по его поверхности неравномерно. Плотность электрического тока характеризует распределение токовых зарядов по поперечному сечению проводящего материала.

Неравномерное распределение электротока по проводнику

Расчет плотности тока калькулятор

Виды электротока, условия протекания

Частицы, несущие заряд, могут перемещаться в толще проводника беспорядочно или целенаправленно двигаться в определенном направлении. Во втором случае говорят о наличии электрического тока. Основная его характеристика – наличие вектора перемещения. Вектор токового движения идентичен направлению заряженных частиц.

Хаотичное и направленное перемещение заряженных частиц

[stextbox id=’alert’]Важно! Токовый ход может быть постоянным и переменным. В первом случае поток частиц перемещается четко в одном направлении по прямой, без колебаний и возмущений. Во втором – имеют место синусоидальные колебания с определенной частотой. Для трансформации (выпрямления) переменного электротока применяют специальные устройства. Вообще для существования константного тока требуется, чтобы с одного конца проводникового элемента все время имел место избыток отрицательно заряженных частиц, а со второго – дефицит. Также требуется сила, которая будет эти заряды перемещать.[/stextbox]

Переменный ток, в противоположность постоянному, не требует соблюдения полярности. В отличие от постоянного, он имеет частоту – так называется количество смен направления перемещения частиц за единицу времени. В стандартной бытовой сети число таких смен равно 50 в секунду. Различные приборы, питающиеся от аккумуляторных элементов и батарей, а также бытовая техника, ноутбуки, стационарные компьютеры потребляют постоянный электроток. Сама батарея является генератором постоянного токового хода, но его можно инвертировать в переменный с помощью специальных устройств.

Ток, вызываемый электрополем, принято называть током проводимости. Элементарные частицы, переносящие заряд, отличаются у разных типов проводниковых материалов. В случае металлических элементов это свободные электроны, у части полупроводниковых материалов – целенаправленно движущиеся ионы. В электролитах (в том числе применяемых в аккумуляторных батареях) ионы с плюсовым и минусовым зарядами движутся в разные стороны. Последнее характерно для всех проводников, представляющих собой жидкости.

В конвекционном электротоке электроны перемещаются под действием инерции. Еще одна разновидность тока – протекающий в вакуумных условиях (такое явление применяется в электронных лампочках). Основными характеристиками электротока являются сила и плотность тока.

Направленное перемещение электронов в проводнике

Плотность тока и мощность

Работа, которую электрополе совершает над источниками токового движения, может быть охарактеризована плотностью мощности (она равна энергии, деленной на произведение объема проводника и временного периода). Самый распространенный путь данной мощности – рассеивание во внешнее пространство в качестве тепловой энергии. Но некоторая ее доля может превращаться в механическую энергию (например, при работе электрического двигателя) или в разные типы излучения.

Закон Ома

Для токопроводящей среды, обладающей изотропными характеристиками, данный закон имеет следующий вид:

j=E* σ,

где j – плотность идущего электротока, Е – полевая напряженность в рассматриваемой точке (скалярная величина, как и предыдущая), а σ – удельная проводимость средового окружения.

Что касается работы электрополя для такой среды (w), то она может быть выражена следующими формулами:

w= E2* σ=j2/σ=p*j2 (p здесь – удельное сопротивление).

Выражение для работы в этом случае примет вид:

w=E* σ *E=j*p*j (E и j в данном случае – скалярные величины).

В матрице справа налево умножают столбчатый вектор на строчной и на матрицу. Тензорные величины р и σ генерируют релевантные им квадратичные формы.

Единица измерения плотности электротока

Для выражения плотностной величины применяется производная от единиц измерения токовой силы (Ампер) и площади поперечного разреза (квадратный метр), а также дольных и кратных указанным. Обычно плотность измеряется в амперах, разделенных на квадратный метр (А/м2). Вместо слова «плотность» иногда используют «насыщенность электрического тока».

[stextbox id=’info’]Важно! Поскольку величина имеет направление, она относится к категории векторных (или скалярных). Этот вектор проходит вдоль оси электрического тока.[/stextbox]

Формула вычисления

Рассматриваемая величина находится в обратной зависимости от размеров сечения (чем больше площадь, тем меньше плотность тока) и временного периода прохождения электрозаряда и в прямой – от величины этого заряда.

Это можно записать так:

j=Δq/ΔtΔS (q тут – элементарно малый заряд, t – бесконечно малый промежуток времени, а S – площадь сечения).

Так как токовая сила выражается как частное заряда и временного промежутка его прохода, формулу можно записать и так:

j= I/ΔS.

Формула плотности тока с опорой на параметры перемещающихся зарядов будет выглядеть так:

j=q*n*V (V тут – скорость, а n – концентрация электронных частиц).

4-вектор плотности тока

Данное обозначение из теории относительности призвано обобщать явление плотности на пространственно-временной континуум, оперирующий четырьмя измерениями. Такой четырехвектор включает в себя трехвекторное выражение токовой плотности (скалярной величины) и имеющей объем плотности электрического заряда. Использование четырехвектора дает возможность формулировать электродинамические уравнения ковариантным образом.

Рассматриваемая величина необходима для описания концентрации и равномерности распределения заряженных микрочастиц по проводниковому материалу, в котором существует та или иная форма электротока. При оперировании с выражениями, содержащими величину, нужно не забывать о ее скалярности.

Видео

Плотность тока — это… Что такое Плотность тока?

Связь между током и плотностью тока

Плотность тока — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности ее плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S (также см.рисунок).

(Иногда речь может идти о скалярной^[1] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле чуть выше).

В общем случае:

где — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу площади ; вектор — специально вводимый вектор элемента площади, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную ее площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение.

Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность.

В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости и имеют одинаковые заряды (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их ,

или

где — плотность заряда этих носителей. (Направление вектора соответствует направлению вектора скорости , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положително).

Инженер по специальности “Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем”, МИФИ, 2005–2010 гг.

Задать вопрос

В реальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под следует понимать среднюю скорость.

В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)

то есть вектор плотности тока есть сумма плотностей тока по всем типам подвижных носителей; где — концентрация частиц каждого типа, — заряд частицы данного типа, — вектор средней скорости частиц этого типа.

Выражение для общего случая может быть записано также через сумму по всем индивидуальным частицам:

(сама формула почти совпадает с формулой, приведенной чуть выше, но теперь индекс суммирования i означает не номер типа частицы, а номер каждой индивидуальной частицы, не важно, имеют они одинаковые заряды или разные, при этом концентрации оказываются уже не нужны).

Плотность тока и мощность

Работа, совершаемая электрическим полем над носителями тока, характеризуется, очевидно^[2], плотностью мощности [энергия/(время• объем)]:

где точкой обозначено скалярное произведение.

Чаще всего эта мощность рассеивается в среду в виде тепла, но вообще говоря она связана с полной работой электрического поля и часть ее может переходить в другие виды энергии, например такие, как энергия того или иного вида излучения, механическая работа (особенно — в электродвигателях) итд.

Закон Ома

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома:

где — удельная проводимость среды, — напряжённость электрического поля. Или:

где — удельное сопротивление.

В линейной анизотропной среде имеет место такое же соотношение, однако удельная электропроводность в этом случае вообще говоря должна рассматриваться как тензор, а умножение на нее — как умножение вектора на матрицу.

Формула для работы электрического поля (плотности ее мощности)

вместе с законом Ома принимает для изотропной электропроводности вид:

где и — скаляры, а для анизотропной:

где подразумевается матричное умножение (справа налево) вектора-столбца на матрицу и на вектор-строку, а тензор и тензор порождают соответствующие квадратичные формы.

4-вектор плотности тока

В теории относительности вводится четырёхвектор плотности тока (4-ток), составленный из объёмной плотности заряда ρ и 3-вектора плотности тока

4-ток является прямым и естественным обобщением понятия плотности тока на четырехмерный пространственно-временной формализм и позволяет, в чатстности, записывать уравнения электродинамики в ковариантном виде^[3].

Примечания

↑ Чаще в таких случаях она даже не называется явно скаляром, но просто не упоминается ее векторный характер.
↑ Это прямо следует из формул, приведенных выше вкупе с определением работы или с формулой мощности .
↑ достаточно красивом и компактном.

Что такое плотность тока допустимая плотность тока для меди. Естественные науки

Плотность постоянного электрического тока можно сравнить с плотностью газа, текущего в трубе под давлением. Плотность тока равна отношению силы тока в амперах (А) к площади поперечного сечения проводника в квадратных миллиметрах (Поз. 1 на рисунке). От материала проводника ее значение не зависит. Сечение проводника берется по нормали (перпендикулярно) к его продольной оси.

Если, допустим, провод имеет диаметр D = 1 мм, то площадь его поперечного сечения будет S = 1/4(πD^2) = 3,1415/4 = 0,785 кв. мм. Если по такому проводу течет ток I в 5 А, то его плотность j будет равна j = I/S = 5/0,785 = 6,37 А/кв. мм.

Хотя само значение плотности тока от материала проводника не зависит, в технике его выбирают, исходя из его удельного электрического сопротивления и длины провода. Дело в том, что при большой плотности тока проводник с ним нагревается, его сопротивление от этого возрастает, и потери электроэнергии в проводке или обмотке увеличиваются.

Однако, если взять провода слишком толстыми, то и вся проводка получится чрезмерно дорогой. Поэтому расчет бытовой проводки ведут, исходя из так называемой экономической плотности тока, при которой общие долговременные расходы на электросеть минимальны.

Для квартирной проводки, провода в которой не очень длинные, берут значение экономической плотности в пределах 6-15 А/кв. мм. в зависимости от длины проводов. Медный провод диаметром 1,78 мм (2,5 кв. мм) в ПВХ изоляции, замурованный под штукатурку, выдержит и 30, и даже 50 ампер. Но при потребляемой квартирой мощности в 5 кВт плотность ток в нем будет (5000/220) = 23 А, а его плотность в проводке – 9,2 А/кв. мм.

Экономическая плотность тока в линиях электропередач много ниже, в пределах 1-3,4 А/кв. мм. В электрических машинах и трансформаторах промышленной частоты 50/60 Гц – от 1 до 10 А/кв. мм. В последнем случае ее вычисляют, исходя из допустимого нагрева обмоток и величины электрических потерь.

Плотность тока высоких частот (теле и радиосигналы, например) рассчитывают с учетом так называемого скин-эффекта (skin – по-английски «кожа»). Суть его в том, что электромагнитное поле оттесняет ток к поверхности провода, поэтому для получения нужной его плотности приходится брать диаметр провода больше, а чтобы не тратить лишней меди, делать его пустотелым, в виде трубки.

Скин-эффект имеет значение не только при передаче больших мощностей. Если, допустим, сделать разводку кабельного телевидения по квартире слишком тонким коаксиальным кабелем, то потери в нем из-за скин-эффекта во внутреннем проводе могут оказаться чрезмерно велики. Аналоговые каналы при этом будут рябить, а цифровые – рассыпаться в квадратики.

Глубина скин-эффекта зависит от частоты сигнала, и плотность тока при этом плавно падает до нуля в центре провода. В технике для упрощения расчетов глубину залегания скин-поверхности считают там, где плотность тока падает в 2,72 раза по сравнению с поверхностной (Поз. 2 на рисунке). Величина 2,72 выводится в технической электродинамике из соотношения электрической и магнитной постоянной, что облегчает расчеты.

Ток смещения довольно сложное понятие электродинамики, но именно благодаря ему переменный ток проходит через конденсатор, и антенна излучает сигнал в эфир. Ток смещения тоже имеет свою плотность, но определить ее не так-то просто.

[stextbox id=’info’]Даже в очень хорошем конденсаторе электрическое поле слегка «выпирает» в стороны между пластинами (Поз. 3 на рисунке), поэтому к пересекаемой током смещения поверхности нужно давать некоторую добавку. Для конденсатора ее величиной еще можно пренебречь, но если речь об антенне, то там эта виртуальная, пересекаемая током смещения поверхность значит все.[/stextbox]

Чтобы найти плотность тока смещения, приходится решать сложные уравнения электродинамики или производить компьютерное моделирование процесса. К счастью, для многих случаев инженерной практики знать ее величину не требуется.

Плотность электрического тока — это… Что такое Плотность электрического тока?

Плотность электрического тока

Плотность тока — векторная величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока по сечению проводника .

В общем случае, где — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу площади .

Направление вектора соответствует направлению вектора скорости , с которой движутся заряды, создающие ток, в предположении, что заряды положительны. В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме)

Для всех типов подвижных носителей заряда, сумма концентраций частиц данного типа (), домноженных на заряд одной частицы данного типа () и на среднюю скорость частиц этого типа.

Так же плотность тока определяется по формуле
G — проводимость [1/Oм *м]
E — напряженность [В/м]

4-вектор плотности тока

Это позволяет записывать уравнения электродинамики в ковариантном виде.

См. также

Wikimedia Foundation.
2010.

Плотность случайной величины
Плотный индекс

Смотреть что такое «Плотность электрического тока» в других словарях:

ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА — векторная характеристика тока, равная по модулю электрич. заряду, проходящему за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению упорядоченного движения заряж. ч ц. Если плотность заряда (заряд в единице объёма) r, то П. э … Физическая энциклопедия
Плотность (электрического) тока — векторная величина, равная сумме плотности электрического тока проводимости, плотности электрического тока переноса и плотности электрического тока смещения… Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003… … Официальная терминология
плотность электрического тока — плотность электрического тока; плотность полного тока Векторная величина, равная сумме плотности тока проводимости, плотности тока переноса и плотности тока смещения … Политехнический терминологический толковый словарь
плотность электрического тока — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN current densityCD … Справочник технического переводчика
плотность (электрического) тока — 52 плотность (электрического) тока Векторная величина, равная сумме плотности электрического тока проводимости, плотности электрического тока переноса и плотности электрического тока смещения Источник: ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника. Термины и … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
плотность электрического тока — elektros srovės tankis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. areic electric current; electric current density vok. elektrische Stromdichte, f rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
плотность электрического тока — elektros srovės tankis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektros srovės stipris vienetiniame plote. Matavimo vienetas: A/m². atitikmenys: angl. areic electric current; electric current density vok. elektrische… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
плотность электрического тока — elektros srovės tankis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vektorius, kurio skaitinė vertė lygi krūviui, pereinančiam per vienetinį laiko tarpą per vienetinio ploto paviršių, statmeną elektringųjų dalelių (krūvininkų)… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
плотность электрического тока — elektros srovės tankis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric current density vok. elektrische Stromdichte, f rus. плотность электрического тока, f pranc. densité de courant électrique, f … Fizikos terminų žodynas
Плотность (электрического) тока — 1. Векторная величина, равная сумме плотности электрического тока проводимости, плотности электрического тока переноса и плотности электрического тока смещения Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения… … Телекоммуникационный словарь

Электрический ток и его плотность

Электрическим током называют направленное движение свободно заряженных частиц под действием электрического поля.

Как правило движение зарядов происходит в некоторой среде (веществе или вакууме), являющейся проводником для электрического тока. Движущимися в среде заряженными частицами могут быть электроны (в металлах, полупроводниках) или ионы (в жидкостях и газах).

Для возникновения и протекания электрического тока в любой токопроводящей среде необходимо выполнение двух условий:

Наличие в среде свободных носителей заряда;
Наличие электрического поля.

Для поддержания электрического поля, например в проводнике, к его концам необходимо подключить какой-либо источник электрической энергии (батарейку или аккумулятор). Поле в проводнике создается зарядами, которые накопились на электродах источника тока под действием сил (химических, механических и т.д.).

[stextbox id=’alert’]За направление тока условно принято принимать направление движения положительных зарядов. Следовательно, условно принятое направление тока обратно направлению движения электронов – основных отрицательных электрических носителей заряда в металлах и полупроводниках.[/stextbox]

Понять явление электрического тока достаточно сложно так как его невозможно увидеть глазами. Для лучшего понимания процессов в электронике проведем аналогию между электрическим током в проводнике и водой в тонкой трубочке. В трубочке есть вода (носители заряда в проводнике), но она неподвижна, если трубочка лежит на горизонтальной поверхности и уровень высот ее концов (значения потенциалов электрического поля) одинаковый. Если трубочку наклонить так, что один конец станет выше другого (появится разность потенциалов), вода потечет по трубочке (электроны придут в движение).

Задать вопрос

Способность вещества проводить электрический ток под действием электрического поля называется электропроводностью. Каждому веществу соответствует определенная степень электропроводности.
Ее значение зависит от концентрации в веществе носителей заряда – чем она выше, тем больше электропроводность.
В зависимости от электропроводности все вещества делятся на три большие группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.

Электрический ток может менять направление и величину во времени (переменный ток) или оставаться неизменным (постоянный) (рисунок 2).

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I, которая определяется числом электронов (зарядов) q, проходящих через импровизированное поперечное сечение проводника в единицу времени t (рисунок 3).

Рис. 3. Сила тока в проводнике

Для постоянного тока представленное выше выражение можно записать в виде

Ток в системе СИ измеряется в амперах, [А]. Току в 1 А соответствует ток, при котором через поперечное сечение за 1 секунду проходит электрический заряд, равный 1 Кл.

1 A = 1 Кл/1 сек.

Плотность электрического тока

Под плотностью тока j понимается физическая величина, равная отношению тока I к площади поперечного сечения S проводника. При равномерном распределении тока по поперечному сечению проводника.

J = I/S

Плотность тока в системе СИ измеряется в амперах на миллиметр квадратный, [А/мм²].

Рассмотрим плотность тока в проводнике с разным поперечным сечением. Например, соединены два проводника с различными сечениями: первый толстый провод с большим поперечным сечением S1 второй тонкий провод с сечением S2. К концам которых приложено постоянное напряжение (рисунок 5) в следствии чего через них протекает постоянный ток с одинаковой силой тока.

Рис.5 Плотность тока в проводниках с различными сечениями.

Предположим, что сила тока через поперечное сечение толстого проводника S1 и тонкого провода S2 различная. Из этого предположения вытекает, что за каждую единицу времени через сечения S1 и S2 протекают различные значения электрического заряда. Следовательно, в объёме провода, расположенного между двумя указанными сечениям происходит непрерывное скапливание зарядов, и напряженность электрического поля изменялась бы, чего не может быть, так как при изменении электрического поля ток был бы непостоянен. В проводах с различным сечением при одном и том же токе плотность тока обратно пропорциональна площади поперечного сечения.

I = J₁S₁ = J₂S₂

Плотность тока — векторная величина.

Рис. 4. Графическая интерпретация плотности тока j

Направление вектора совпадает с направлением положительно заряженных зарядов и, следовательно, с направлением самого тока I.

Если концентрация носителей тока равна n, каждый носитель имеет заряд e и скорость его движения в проводнике равна v (рисунок 3), то за время dt через поперечное сечение S проводника переносится заряд

В этом случае величину силы тока I можно представить в виде зависимости

а плотность тока

Сила тока через произвольную поверхность определяется через поток вектора плотности тока, как интеграл по произвольной (в общем случае) поверхности S (рисунок 6)

Рис. 6. Сила тока через произвольную поверхность S

От величины плотности тока зависит важный показатель – качество электропередачи. Фактически этот показатель зависит от степени нагрузки проводника (хотя и не только от нее). В зависимости от значения плотности тока принято выбирать сечение проводов – это связано с наличием у проводников сопротивления, в результате которого происходит нагрев жил проводника вплоть до его расплавления и выхода из строя.

Электричество и магнетизм

Таким образом, скорость в выражении (4.7) — это дрейфовая скорость носителей тока в присутствии внешнего электрического поля или любого другого силового поля, обуславливающего направленное (упорядоченное) движение носители заряда. Если в веществе возможно движение зарядов разного знака, то полная плотность тока определяется векторной суммой плотностей потоков заряда каждого знака.

Как уже указывалось, в отсутствие электрического поля движение носителей заряда хаотично и не создает результирующего тока. Если, приложив электрическое поле, сообщить носителям заряда даже малую (по сравнению с их тепловой скоростью) скорость дрейфа, то, из-за наличия в проводниках огромного количества свободных электронов, возникнет значительный ток.

Поскольку дрейфовая скорость носителей тока создается электрическим полем, логично предположить пропорциональность

так что и плотность тока будет пропорциональна вектору напряженности (рис. 4.4)

Более подробно этот вопрос обсуждается в Дополнении

Входящий в соотношение (4.9)

Коэффициент пропорциональности называется проводимостью вещества проводника.

Проводимость связывает напряженность поля в данной точке с установившейся скоростью «течения» носителей заряда. Поэтому она может зависеть от локальных свойств проводника вблизи этой точки (то есть от строения вещества), но не зависит от формы и размеров проводника в целом. Соотношение (4.9) носит название закона Ома для плотности тока в проводнике (его называют также законом Ома в дифференциальной форме).

Чтобы понять порядки величин, оценим дрейфовую скорость носителей заряда в одном из наиболее распространенных материалов — меди. Возьмем для примера силу тока I = 1 А, и пусть площадь поперечного сечения провода составляет

1 мм² = 10^–6 м². Тогда плотность тока равна j = 10⁶ А/м². Теперь воспользуемся соотношением (4.7)

Носителями зарядов в меди являются электроны (е = 1.6·10^-19 Кл), и нам осталось оценить их концентрацию . В таблице Менделеева медь помещается в первой группе элементов, у нее один валентный электрон, который может быть отдан в зону проводимости. Поэтому число свободных электронов примерно совпадает с числом атомов. Берем из справочника плотность меди — r_Cu=8,9·10³кг/м3. Молярная масса меди указана в таблице Менделеева — M_Cu = 63,5·10^–3 кг/моль. Отношение

— это число молей в 1 м³. Умножая на число Авогадро Na = 6,02·10²³ моль^–1, получаем число атомов в единице объема, то есть концентрацию электронов

Теперь получаем искомую оценку дрейфовой скорости электронов

Для сравнения: скорости хаотического теплового движения электронов при 20°С в меди по порядку величины составляют 10⁶ м/с, то есть на одиннадцать порядков величины больше.

Возьмем произвольную воображаемую замкнутую поверхность S, которую в разных направлениях пересекают движущиеся заряды. Мы видели, что полный ток через поверхность равен

где dq — заряд, пересекающий поверхность за время dt. Обозначим через q ‘ заряд, находящийся внутри поверхности. Его можно выразить через плотность заряда , проинтегрированную по всему объему, ограниченному поверхностью

Из фундаментального закона природы — закона сохранения заряда — следует, что заряд dq, вышедший через поверхность за время dt, уменьшит заряд q ‘ внутри поверхности точно на эту же величину, то есть dq ‘ = –dq или

Подставляя сюда написанные выше выражения для скоростей изменения заряда внутри поверхности , получаем математическое соотношение, выражающее закон сохранения заряда в интегральной форме

Напомним, что интегрирования ведутся по произвольной поверхности S и ограниченному ею объему V.

Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы

В данной статье мы рассмотрим плотность тока и формулы для нахождения различных видов плотности тока: проводимости, смещения, насыщения.

Плотность тока – это векторная физическая величина, характеризующая насколько плотно друг к другу располагаются электрические заряды.

Плотность тока проводимости

Ток проводимости – это упорядоченное движение электрических зарядов, то есть обыкновенный электрический ток, который возникает в проводнике. В большинстве случаев, когда речь заходит о токе, имеют ввиду именно ток проводимости.

В данном случае плотность тока – это векторная характеристика тока равная отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника (перпендикулярному по отношению к направлению тока). Эта величина показывает насколько плотно заряды располагаются на всей площади поперечного сечения проводника. Она обозначается латинской буквой j. Модуль плотности электрического тока пропорционален электрическому заряду, который протекает за определенное время через определенную площадь сечения, расположенную перпендикулярно по отношению к его направлению.

Если рассмотреть идеализированной проводник, в котором электрический ток равномерно распределен по всему сечению проводника, то модуль плотности тока проводимости можно вычислить по следующей формуле:

j – Плотность тока [A/м²]

I – Сила тока [A]

S – Площадь поперечного сечения проводника [м²]

Исходя из этого мы можем представить силу тока I как поток вектора плотности тока j, проходящий через поперечное сечение проводникаS. То есть для вычисления силы тока, текущей через определенное поперечное сечение нужно проинтегрировать (сложить) произведения плотности тока в каждой точке проводника j_n на площадь поверхности этой точки dS:

I – сила тока [А]

j_n — составляющая вектора плотности тока в направлении течения тока (по оси OX) [A/м²]

dS — элемент поверхности площади [м²]

Исходя из предположения, что все заряженные частицы двигаются с одинаковым вектором скорости v, имеют одинаковые по величине заряды e и их концентрация n в каждой точке одинаковая, получаем, что плотность тока проводимости j равна:

j – плотность тока [А/м²]

n – концентрация зарядов [м^-3]

e – величина заряда [Кл]

v – скорость, с которой движутся частицы [м/с]

Плотность тока смещения

В классической электродинамике существует понятие тока смещения, который пропорционально равен быстроте изменения индукции электрического поля. Он не связан с перемещением каких-либо частиц поэтому, по сути, не является электрическим током. Несмотря на то, что природа этих токов разная, единица измерения плотности у них одинаковая — A/м².

Ток смещения – это поток вектора быстроты изменения электрического поля ∂E/∂t через S — некоторую поверхность. Формула тока смещения выглядит так:

J_D — ток смещения [А]

ε – электрическая постоянная, равная 8,85·10^-12 Кл²/(H·м²)

∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]

ds – площадь поверхности [м²]

Плотность тока смещения определяется по следующей формуле:

для вакуума:

для диэлектрика:

j_D — ток смещения [А/м²]

ε – электрическая постоянная, равная 8,85·10^-12 Кл²/(H·м²)

∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]

∂D/∂t — скорость изменения вектора эл. индукции [Кл/м²·с)]

Плотность тока насыщения

В физической электронике используют понятие плотности тока насыщения. Эта величина характеризует эмиссионную способность металла, из которого сделан катод, и зависит от его вида и температуры.

Плотность тока насыщения выражается формулой, которая была выведена на основе квантовой статистики Ричардсоном и Дешманом:

j – плотность тока насыщения[А/м²]

R — среднее значение коэффициента отражения электронов от потенциального барьера

A — термоэлектрическая постоянная со значением 120,4 А/(K²·см²)

T— температура [К]

qφ — значение работы выхода из катода электронов [эВ], q – электронный заряд [Кл]

k — постоянная Больцмана, которая равна 1,38·10^-23 Дж/К

Понравилась статья, расскажите о ней друзьям:

Скорее всего, Вам будет интересно:

Плотность тока, определение — Большая химическая энциклопедия

Единственное физическое отличие состоит в том, что здесь ток I не поддается непосредственному измерению и, следовательно, безразмерная плотность тока J не может быть вычислена напрямую. Эту трудность, однако, можно преодолеть, если известно отношение реакционной способности А нормально адсорбированного и обратного потока кислорода (например, из экспериментов по электрохимическому промотированию, где А, как уже отмечалось, также выражает фарадеевскую эффективность).Таким образом, в этом случае, комбинируя определение A с уравнением (11.23), мы получаем следующее выражение для J … [Pg.507]

По определению, ток положительного заряда (реакция окисления) принимается как положительный ток, ток отрицательного заряда (реакция восстановления) принимается за отрицательный ток. Когда электрод находится в равновесии, чистая плотность тока j равна нулю. Это означает, что … [Pg.264]

По определению парциальная плотность тока ij — это количество зарядов, которые в единицу времени пересекают единицу площади поперечного сечения из-за миграции ионов j, то есть ,… [Стр.10]

Однако в 1947 году Джон О. М. Бокрис продемонстрировал, что между плотностями обменного тока водородной реакции на различных металлах и значениями работы выхода электрона (в вакуум) определенная корреляция действительно существует. Многие исследователи подтвердили эту корреляцию. Пример этой корреляции показан в виде графика зависимости log f от X ° на рис. 28.2. [Pg.528]

При электролитическом рафинировании и гальванике, где в качестве растворимого анода используется один и тот же металл, теоретическое напряжение элемента равно нулю или почти нулю, поэтому энергоэффективность согласно этому определению должна быть равна нулю или близка к нулю, какой бы ни был КПД по току.Фактическое напряжение ячейки зависит от плотности тока, температуры, электролита … [Pg.701]

Чтобы получить определенный прорыв тока через электрод, необходимо приложить потенциал, превышающий его равновесный потенциал. такой избыточный потенциал называется перенапряжением. Если это касается идеального поляризуемого электрода, то есть электрода, поверхность которого действует как идеальный катализатор в электролитическом процессе, то перенапряжение можно рассматривать просто как диффузионное перенапряжение (nD) и выход (см., Раздел 3.1) реальный диффузионный ток. Однако часто поверхность электрода не идеальна, что означает, что рассматриваемая чисто химическая реакция имеет свободный энтальпийный барьер, особенно при низкой плотности тока, когда контроль диффузии ионов электролитического превращения становится менее выраженным, энергия тепловой активации (AG ° ) играет заметную роль, так что, как только активированный комплекс достигает максимума энтальпийного барьера, только часть a (коэффициент передачи) разности электрической энергии nF (E ml — E) = nFtjt используется для преобразования .[Стр.126]

Функциональную зависимость энергии активации реакции анодного электрода можно получить следующим образом. Согласно определению скорости электродной реакции, парциальной плотности тока … [Pg.267]

Предположим, что как исходные вещества, так и продукты электродной реакции растворимы либо в растворе, либо в электроде. Система будет ограничена двумя веществами, электродная реакция которых описывается формулой. (5.2.1). Раствор будет содержать достаточную концентрацию индифферентного электролита, так что миграцией можно пренебречь.Поверхность электрода идентифицируется с плоскостью отсчета, определенной в разделе 2.5.1. В этой плоскости образуется определенное количество окисленного компонента, соответствующее потоку материала J0x и эквивалентное плотности тока j, или … [Pg.290]

Случай заданного потока материала на границе раздела фаз, описанное в разделе 2.5.1, соответствует постоянной плотности тока на электроде. Концентрация окисленной формы дается непосредственно формулой. (2.5.11), где K = —j / nF.Концентрация восстановленной формы на поверхности электрода может быть рассчитана по формуле. (5.4.6). Выражения для концентрации затем подставляются в формулу. (5.2.24) или (5.4.5), что дает уравнение для зависимости потенциала электрода от времени (хронопотенциометрическая кривая). Для обратимого электродного процесса из определения времени перехода r (уравнение 2.5.13) для одинаковых коэффициентов диффузии окисленной и восстановленной форм следует, что … [Pg.294]

Для данного гидродинамического условия около Если электрод находится в устойчивом состоянии, максимальный градиент достигается, когда концентрация на электроде равна нулю или практически равна нулю.По определению плотности предельного тока эта ситуация соответствует условию предельного тока. [Pg.215]

Уравнение (7) является точным аналогом уравнения неразрывности (1.7) гидродинамики, и это позволяет определить вероятностную плотность тока … [Pg.200]

Это определение предлагает разумную формулировку плотности энтропийного тока как … [Pg.423]

Напротив, плотность тока является внутренней и не зависит от площади электрода, поскольку, по ее определению, измеренный ток был скорректирован для компенсации различий в площади.[Pg.6]

Из определения плотности тока i в уравнении (1.1) мы получаем площадь 0,12 см2. [Pg.321]

Плотность тока, как правило, может контролироваться пластинчатым устройством. Он определяет CE и / или будет ли вообще происходить осаждение. Определение плотности тока с точки зрения электроосаждения, как дано выше, дает в большинстве случаев малопригодный средний показатель.Более точное, полезное и непосредственное определение дается как … [Pg.211]Поскольку определение тока (плотности) с точки зрения движущихся зарядов … [Pg.188]

На рис. 7.8 показана плотность тока эволюции h3 на микрокристаллах Pt [46]. Интересно, что активность увеличивается с уменьшением размера частиц, хотя сила тока относится к единице реальной площади поверхности. Чрезмерное увеличение активности определенно следует отнести к особенно активным поверхностным атомам, возникающим в очень мелких частицах. [Pg.253]

Используя определение J = 1, плотность тока J также можно записать как… [Pg.607]

Erdey-Gruz, 1048, 1306 1474 Erschler, 1133, 1134, 1425 Окисление этилена, анодное, 1052 1258 Плотность обменного тока, 1049, коррекция 1066, определение 1069, электрокатализ 1053 и импеданс 1278 и, 1136 межфазная реакция, 1047 и частично поляризуемая граница раздела, 1056 Возбужденные состояния, время жизни, 1478 Экзотермическая реакция, 1041 Методы Ex situ, 785, 788, 1146 … [Стр.38]

Простая идея используется, чтобы связать Плотность тока через интерфейс зависит от скорости, с которой акцепторы электронов (или доноры электронов) достигают (или удаляются от) границы.Первый начинается с определения устойчивого состояния, согласно которому концентрация всех промежуточных соединений в реакции должна быть постоянной во времени. Это условие может быть достигнуто, если продукты одного этапа будут израсходованы на следующем этапе так же быстро, как они были произведены. Если первый из двух последовательных шагов протекал быстрее, чем второй, то продукты первого st

Current densities — определение плотности тока по The Free Dictionary

Повышение уровней противодавления привело к увеличению плотности тока обмена электрохимических реакций с увеличением парциальных давлений реагентов и определило улучшение характеристик топливного элемента за счет увеличения диффузии кислорода и водорода к активным центрам слоя катализатора ( CL) [13, 14].

Сравнение плотностей тока по кривым потенциостатической поляризации показано на рисунке 4.Плотности тока отображались на трехмерных (3D) картах, показывающих пространственное распределение плотности тока как функцию положения (x, y) в области сканирования. На рисунке 3 (a) показаны зарядные и разрядные емкости, полученные для аккумулятор заряжен до 20 мАч x [г-1] выше потенциала интеркаляции лития при различных плотностях тока.

Соответствующий кулоновский КПД был оценен как 65% при 0,1 ° C, увеличиваясь до [больше или равного] 97,5% при 10, 15 и 20 ° C, что указывает на то, что большинство сольватированных ионов лития, коинтеркалированных в графит, окислялись при вышеуказанном высоком токе. плотности во время разряда, где [Csub.m] — это емкость единицы площади, которая учитывает диэлектрические свойства фосфолипидного бислоя мембраны, V — трансмембранный потенциал, [g.sub.Na], [g.sub.K], [g .sub.l] натрий, калий и проводимости утечки на единицу площади, соответственно, и [E.sub.Na], [E.sub.K], [E.sub.l] представляют собой реверсивные потенциалы соответствующего тока плотности.

Наконец, [I.sub.0] представляет собой плотность тока смещения, которая контролирует переход между состоянием покоя и активностью нейрона [23].При 0,25 SLPM производительность элемента начинает ухудшаться при высоких плотностях тока. Некоторые небольшие колебания данных также наблюдаются для этого набора данных. Электрохимические характеристики электрода PCW / CMP были дополнительно исследованы методом гальваностатической зарядки / разрядки с кривыми зарядки / разрядки при различных плотностях тока в диапазоне напряжений 0-0,7 . Глаза и затылочные доли были определены как области интереса (ROI), и были оценены плотности тока и электрические поля внутри них. Это было достигнуто путем изменения pH (2, 4, 6 и в зависимости от плотностей тока (0,5, 1,0, 1,5, 2,0 и 3,0 А) при 60 минутах и 50 [градусах] C.

С точки зрения производительности высокие плотности тока и уменьшенная толщина покрытия являются предпочтительными методами. Предельные плотности тока пакета с вентилятором, питаемым от пакета и внешнего источника питания, составляют 160 мА [см-2] и 210 мА [см-2] соответственно.
.

Плотность тока — определение — английский

Примеры предложений с «плотностью тока», память переводов

патент-wipo Высокопрочный сверхпроводящий провод и кабель с высокой плотностью тока, а также способ изготовления пружины Улучшение теплопередачи увеличивается с увеличением температуры раствора и с увеличение плотности тока.OpenSubtitles2018.v3, где поставить запятую, а где нет, какая плотность тока. springer Расширенные пробные вейвлет-функции используются для моделирования плотности тока в цепи.Патенты-wipo Процесс и устройство производят высокотекстурированные объемные и проволочные материалы с плотностью тока, превышающей 10? Патенты-wipo Отдельные элементы работают при напряжении менее 1,2

В при плотности тока, превышающей 0,75 А / см2. Патенты-wipo Множественные устройства, формирующие равномерное распределение плотности тока в системе электростатической фокусировки scordis Кроме того, он имеет одну из самых высоких плотностей тока, отличную долговечность и применимость для автоматизированного производства на больших площадях. WikiMatrix:

Плотность тока Вселенной очень близка к этому критическому значению.Giga-fren Был достигнут отличный материальный баланс, но выход по току был низким даже при низких плотностях тока. Springer Плотность тока в этих областях была линейно пропорциональна приложенному току. Patents-wipoДля обеспечения диапазона диаметров зонда используется диапазон Применяемые плотности тока. WikiMatrix Глубина скин-слоя — это толщина, при которой плотность тока уменьшается на 63%. ЕurLex-2 равномерное покрытие без нарастания на участках с высокой плотностью тока. Патенты-wipo Сплавы на медь наносятся с разной плотностью тока, чтобы обеспечить границы раздела, богатые легирующими элементами.scielo-abstractВлияние плотности тока, соотношения сторон и режима потока на характеристики изделия. springer

Разложение плотности тока по полиному Якоби-Бесселя упрощает вычисление этого интеграла.Giga-frenХотя плотности течения в озере Сен-Клер низкие Плотность заряда и плотность тока создают и то, и другое. patents-wipo Азимутальные плотности тока j1, j2, j3 спиральных обмоток (1, 2, 3) имеют попеременно противоположные знаки.WikiMatrix Узкое плечо нагревается больше, чем широкое плечо, потому что они имеют одинаковую плотность тока.ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ЯЧЕЙКИ С НИЗКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ТОКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ SAMEpatents-wipo Медная оболочка (220 и 234) допускает более высокие плотности тока через микровыступ. Oj4Для частот до # кГц, пиковые значения плотности тока можно получить, умножив действующее значение на patents-wipo. Азимутальные плотности тока j1, j2 спиральных обмоток (1, 2) имеют противоположные знаки.

Показана страница 1.Найдено 544 предложения с фразой current density.Найдено за 20 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Найдено за 0 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Они поступают из многих источников и не проверяются. Имейте в виду.

По мере уменьшения сечения проводов возрастают потери при передаче электрической энергии, а при увеличении сечения все наоборот – потери уменьшаются, но возрастают капитальные затраты на сооружение электросети.

Таким образом, стремление уменьшить потери приводит к увеличению сечения проводников, а стремление снизить затраты – к его уменьшению. Получается замкнутый круг!!!

Поэтому в экономическом отношении наилучшим будет тот вариант, при котором сумма приведенных затрат снизится до минимума, что будет соответствовать определенному сечению проводов линии, называемому экономическим сечением S_э.

Для определения экономического сечения провода необходимо производить сложные и трудоемкие вычисления, а также сопоставлять несколько вариантов. Поэтому ПУЭ устанавливает величину экономической плотности тока j_э для практических расчетов:

Где: I_м – расчетный ток линии при нормальной работе сети, А.

Рекомендуемые экономические плотности тока указаны в таблице ниже, которая составлена с учетом окупаемости капитальных затрат за 5 – 8 лет:

Продолжительность использования максимумов нагрузки в часах можно определить из годового графика нагрузки используя выражения:

Где: W_год – расход энергии годовой, кВт∙ч; Р_max – максимальная активная мощность, кВт;

Средние величины использования максимума нагрузки (часов в год) для:

Освещения внутреннего городов 1500 – 2000;
Освещения наружного городов 2000 – 2600;
Промышленных предприятий с одной рабочей сменой 2000 – 3000;
Промышленных предприятий с двумя рабочими сменами 3000 – 4500;
Промышленных предприятий с тремя рабочими сменами 4500 – 7000;

При выполнении проверки или выборе сечений проводов по экономической плотности тока в соответствии с приведенной выше таблицей расчетный ток должен определятся без учета повышения нагрузки при авариях или ремонтах. Полученное сечение округляется до ближайшего стандартного.

По экономической плотности тока не проверяются:

Электрические сети с напряжением до 1000 В промышленных предприятий и сооружений и имеющих Т_max менее 4000 – 5000 часов в год;
Ответвления к отдельным электроприемникам с напряжением до 1000 В, а также осветительные сети общественных и жилых зданий, промышленных предприятий, проверенные по потере напряжения;
Сети временного сооружения, а также установки с малым сроком службы (3-5 лет);
Сборные шины;
Провода, идущие к сопротивлениям, пусковым реостатам и так далее;

Экономическая плотность тока на 40% повышается для проводов и кабелей всех сечений при максимуме нагрузке, наступающем ночью, а также для изолированных проводов сечением до 16 мм² включительно независимо от времени максимума.

Почему нагреваются проводники

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

Заметим, что в этом эксперименте подводящие провода сильно не нагреваются и не светятся. Это происходит потому, что сопротивление нити накаливания намного больше сопротивления подводящих проводов .

Как рассчитать сечение по току?

Табличные значения не могут учесть индивидуальных особенностей устройства и эксплуатации сети. Специфика у таблиц среднестатистическая. Не приведены в них параметры максимально допустимых для конкретного кабеля токов, а ведь они отличаются у продукции с разными марками. Весьма поверхностно затронут в таблицах тип прокладки. Дотошным мастерам, отвергающим легкий путь поиска по таблицам, лучше воспользоваться способом расчета размера сечения провода по току. Точнее по его плотности.

Допустимая и рабочая плотность тока

Начнем с освоения азов: запомним на практике выведенный интервал 6 — 10. Это значения, полученные электриками многолетним «опытным путем». В указанных пределах варьирует сила тока, протекающего по 1 мм² медной жилы. Т.е. кабель с медной сердцевиной сечением 1 мм² без перегрева и оплавления изоляции предоставляет возможность току от 6 до 10 А спокойно достигать ожидающего его агрегата-потребителя. Разберемся, откуда взялась и что означает обозначенная интервальная вилка.

Согласно кодексу электрических законов ПУЭ 40% отводится кабелю на неопасный для его оболочки перегрев, значит:

6 А, распределенные на 1 мм² токоведущей сердцевины, являются нормальной рабочей плотностью тока. В данных условиях проводник работать может бесконечно долго без каких-либо ограничений по времени;
10 А, распределенные на 1 мм² медной жилы, протекать по проводнику могут краткосрочно. Например, при включении прибора.

Потоку энергии 12 А в медном миллиметровом канале будет изначально «тесно». От тесноты и толкучки электронов увеличится плотность тока. Следом повысится температура медной составляющей, что неизменно отразиться на состоянии изоляционной оболочки.

Обратите внимание, что для кабеля с алюминиевой токоведущей жилой плотность тока отображает интервал 4 – 6 Ампер, приходящийся на 1 мм² проводника.

Выяснили, что предельная величина плотности тока для проводника из электротехнической меди 10 А на площадь сечения 1 мм², а нормальные 6 А. Следовательно:

кабель с жилой сечением 2,5 мм² сможет транспортировать ток в 25 А всего лишь несколько десятых секунды во время включения техники;
он же бесконечно долго сможет передавать ток в 15А.

Приведенные выше значения плотности тока действительны для открытой проводки. Если кабель прокладывается в стене, в металлической гильзе или в пластиковом кабель канале, указанную величину плотности тока нужно помножить на поправочный коэффициент 0,8. Запомните и еще одну тонкость в организации открытого типа проводки. Из соображений механической прочности кабель с сечением меньше 4 мм² в открытых схемах не используют.

Изучение схемы расчета

Суперсложных вычислений снова не будет, расчет провода по предстоящей нагрузке предельно прост.

Сначала найдем предельно допустимую нагрузку. Для этого суммируем мощность приборов, которые предполагаем одновременно подключать к линии. Сложим, например, мощность стиральной машины 2000 Вт, фена 1000 Вт и произвольно какого-либо обогревателя 1500 Вт. Получили мы 4500 Вт или 4,5 кВт.
Затем делим наш результат на стандартную величину напряжения бытовой сети 220 В. Мы получили 20,45…А, округляем до целого числа, как положено, в большую сторону.
Далее вводим поправочный коэффициент, если в нем есть необходимость. Значение с коэффициентом будет равно 16,8, округленно 17 А, без коэффициента 21 А.
Вспоминаем о том, что рассчитывали рабочие параметры мощности, а нужно еще учесть предельно допустимое значение. Для этого вычисленную нами силу тока умножаем на 1,4, ведь поправка на тепловое воздействие 40%. Получили: 23,8 А и 29,4 А соответственно.
Значит, в нашем примере для безопасной работы открытой проводки потребуется кабель с сечением более 3 мм², а для скрытого варианта 2,5 мм².

Не забудем о том, что в силу разнообразных обстоятельств порой включаем одновременно больше агрегатов, чем рассчитывали. Что есть еще лампочки и прочие приборы, незначительно потребляющие энергию. Запасемся некоторым резервом сечения на случай увеличения парка бытовой техники и с расчетами отправимся за важной покупкой.

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.

Рис. 2. Бытовые нагревательные приборы: чайник, утюг, фен, электроплита.

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Основные понятия

Любое металлическое изделие состоит из кристаллической решетки. Через нее проходят электроны, подвижные частицы, из-за чего электричество трансформируется в тепловую энергию. Данное свойство с успехом используется производителями обогревателей и осветительных приборов. Однако в обычных электрических системах перегрев кабеля недопустим, поскольку он со временем приведет к нарушению изоляцию и воспламенению. Поэтому важно подобрать правильное сечение проводников, чтобы те выдерживали допустимые (потенциальные) токовые нагрузки сети.
Для этого учитываются два термина:

сечение провода;
плотность тока.

Зависимость плотности тока от сечения
Даже если будет подобрано правильное сечение провода, он все равно может перегреться. Причин несколько: слабый контакт в местах соединения или окисления, связанные с недопустимой скруткой алюминиевой и медной жил.

Читайте также: Зачем и как проверяется работоспособность УЗО

Внимание! Нагрев проводника может быть связан с плохим контактом в местах присоединений или с окислением в точках, где скручены вместе алюминиевые и медные провода. Такое происходит даже при правильном подборе сечения.

Сечение провода

Выбор сечения токопроводящей жилы рассматривают по двум характеристикам:

нагрев в допустимых пределах;
потеря напряжения.

Нагревание проводников критично для подземных и помещённых в шланговые или трубчатые футляры кабельных линий. Для воздушных линий электропередач (ЛЭП) серьёзное значение имеет потеря напряжения. На комбинированных участках из двух рассчитанных сечений выбирается большее с округлением до стандартной величины.

Важно! При выборе сечения из таблицы или расчётах по формулам необходимо предварительно определиться с условиями эксплуатации.

Iр = Pн/Uн,

Pн – номинальная мощность оборудования, Вт;
Uн – номинальное напряжение, В.

Формула справедлива для токов, проходящих через проводник, когда температура уже установилась, и внешние температурные факторы на неё не оказывают влияния. Длительно допустимый ток зависит от: сечения, материала проводника, изоляции и способа прокладки кабеля.

∆U = (U – Uном) *100/ Uном,

U – напряжения источника;
Uном – напряжение в точке подключения приёмника.

Максимальное отклонение должно составлять не более 10%.

Таблица нагрузок по сечению кабелей

Плотность тока

J = I/S,

I – ток, А;
S – площадь поперечного сечения, мм2.

Иными словами, плотность тока – это количество тока проходящего через сечение проводника за единицу времени. Единица измерения – ампер на мм квадратный (А/мм2).

Плотность тока

Открытая и закрытая прокладка проводов

Существует два варианта монтажа комнатной проводки:

открытая прокладка;
скрытая проводка.

[stextbox id=’alert’]Названия говорят сами за себя. Провода или кабели прокладываются вдоль стен, по их поверхности. Обычно они защищены кабель каналами или гофрированными шлангами. Крепление осуществляется при помощи специальной арматуры. Такой тип монтажа пригоден для производственных помещений, сараев, гаражей и других зданий, где дизайн не играет особой роли. Провод наружной установки должен выдержать атмосферные воздействия, если он не уложен в трубы или шланги.[/stextbox]

Внимание! Минимальные сечения проводов одинаковы для обоих типов прокладки: 1 мм2 – для меди и 2,5 мм2 – для алюминия.

Распределительные коробки, выключатели и розетки устанавливаются на специальные изолирующие прокладки и имеют конструкцию для наружной установки.

Скрытая прокладка проводов подразумевает штробление стен под провод и остальную арматуру. Розетки, выключатели и распределительные коробки конструктивно предназначены для внутренней установки. Они утапливаются в стену до фасадной части. Наружные части имеют эстетический вид. Такая проводка скрыта под штукатуркой и обоями.

Таблица токовых нагрузок к сечениям медных и алюминиевых кабелей и проводов

В большинстве случаев для квартир применяют скрытый монтаж. При помощи перфоратора или штробореза в стене или на потолке создают специальные углубления, в которые укладывается кабель. Дополнительно он может быть помещен в гофрированные трубки или рукава. Спрятав кабель, углубления следует заделать при помощи штукатурки.

Укладка скрытой проводки в штробах

Условия теплоотдачи

Важным условием тепловой отдачи считается влажная среда, в которой находится кабель. При размещении провода в грунте теплоотвод напрямую связан со структурой и его составом, а также уровнем влажности.

Для получения наиболее точных величин придется проанализировать состав почвы, в зависимости от которого будет разным сопротивление. При помощи таблицы ищут удельное сопротивление. Благодаря качественной утрамбовке данная характеристика может быть уменьшена. Песок и гравий обладают меньшей теплопроводностью по сравнению с глиной, поэтому в идеале провода засыпают последней. Вместо глины можно использовать суглинок без примесей шлака, камней и мусора.

Важно помнить о разных условиях охлаждения кабеля с изоляцией и без нее. В первом случае тепловые потоки, исходящие при нагреве жил, вынуждены преодолевать дополнительный барьер в виде изоляционного слоя.

Расположение кабеля в траншее

При подземной укладке кабеля, когда в одной траншее расположено сразу два проводника, процесс охлаждения существенно замедлится, что приведет к снижению допустимые токовых нагрузок.

С точки зрения электрической и пожарной безопасности, определение правильных длительно допустимого тока и сечения кабеля — важное условие, позволяющее исключить перегревы, нарушение изоляции и воспламенение кабельной линии. При расчетах следует быть внимательными и учесть множество дополнительных условий. Определенные корректировки нужны даже для табличных значений.

ТеорияЧто такое клетка Фарадея

ТеорияПостоянный ток – определение и параметры

Источник

Варианты вычисления плотности тока[править | править код]

Плотность тока и сила тока[править | править код]

Плотность тока и законы электродинамики[править | править код]

Уравнения Максвелла[править | править код]

Уравнение непрерывности[править | править код]

Закон Ома в дифференциальной форме[править | править код]

Плотность тока и мощность[править | править код]

4-вектор плотности тока[править | править код]

Примечания[править | править код]

Простое объяснение

Формулы

Пример расчёта

Медный провод

Токопроводящие дорожки

Применение

Плотность тока. Связь плотности тока с зарядом и силой тока, напряженностью

Линии тока

Приложение Б. Определение средней плотности катодного тока

Расчет плотности тока калькулятор

Виды электротока, условия протекания

Плотность тока и мощность

Закон Ома

Единица измерения плотности электротока

Формула вычисления

4-вектор плотности тока

Видео

Плотность тока — это… Что такое Плотность тока?

Плотность тока и мощность

Закон Ома

4-вектор плотности тока

Примечания

Что такое плотность тока допустимая плотность тока для меди. Естественные науки

Плотность электрического тока — это… Что такое Плотность электрического тока?

4-вектор плотности тока

См. также

Смотреть что такое «Плотность электрического тока» в других словарях:

Электрический ток и его плотность

Плотность электрического тока

Электричество и магнетизм

Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы

Плотность тока проводимости

Плотность тока смещения

Плотность тока насыщения

Плотность тока, определение — Большая химическая энциклопедия

Current densities — определение плотности тока по The Free Dictionary

Плотность тока — определение — английский

Примеры предложений с «плотностью тока», память переводов

Почему нагреваются проводники

Как рассчитать сечение по току?

Допустимая и рабочая плотность тока

Изучение схемы расчета

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

Основные понятия

Сечение провода

Плотность тока

Открытая и закрытая прокладка проводов

Условия теплоотдачи

Вам также может понравиться

Как найти машину без гос номеров

Как найти героя в книге памяти

Как найти остаток при делении 3 класс

Добавить комментарий Отменить ответ